KR101325203B1

KR101325203B1 - 화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101325203B1
Application number: KR1020110092939A
Authority: KR
Inventors: 이창엽; 이재무
Original assignee: 엘아이지에이디피 주식회사
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-11-04
Also published as: KR20130029587A

Abstract

본 발명은 화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 냉각 챔버, 상기 냉각 챔버의 상측에 구비되는 가스 챔버, 양단이 상기 가스 챔버의 저면과 상기 냉각 챔버의 저면에 각각 설치되는 다수개의 제1 튜브 및 양단이 상기 가스 챔버의 상면과 상기 냉각 챔버의 저면에 각각 설치되는 다수개의 제2 튜브를 포함하고, 상기 가스 챔버의 일면에는 제작시 상기 가스 챔버 내부에 잔류하는 이물질을 배출할 수 있는 이물질 배출홀 및 상기 다수개의 제2 튜브 중 일부가 관통하며 상기 이물질 배출홀을 차폐하는 차폐 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의할 경우, 각각의 공정 가스를 공정 공간으로 균일하게 공급할 수 있어, 웨이퍼 증착 품질을 개선시킬 수 있으며, 가스공급유닛 제작시 가스 챔버 내측으로 유입되는 이물질을 제거하여, 성장 공정 중 이물질이 웨이퍼 상으로 낙하하여 웨이퍼의 불량이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

Description

화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조방법 {A GAS SUPPLY UNIT OF A CHEMICAL VAPOR DEPOSITION APPARATUS AND A METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 적어도 두 개 이상의 공정가스를 공급하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

화학 기상 증착이란 공정 가스의 화학 반응을 이용하여 기판 상에 박막을 형성하는 공정을 의미한다. 따라서, 화학기상증착장치는 반응성이 좋은 적어도 하나 이상의 공정가스를 챔버에 공급하고, 이를 빛, 열, 플라즈마(plasma), 마이크로 웨이브(micro wave), X-ray, 전기장 등을 이용하여 공정가스를 활성화시켜 기판 상에 양질의 박막을 형성한다.

이러한 화학기상증착장치는 한국특허공개공보 2010-00107351에 개시되어 있으며, 일반적으로 공정 챔버 내측으로 공정가스를 공급하는 가스 공급유닛을 구비한다. 가스 공급유닛은 공정 챔버 내측 상부에 형성되는 복수개의 분사구를 이용하여 이종의 공정 가스를 각각 공급한다. 그리고, 공정 챔버 내측에서 이종의 공정 가스 간에 반응이 일어나면서 기판 상에 증착이 이루어진다. 이때, 각각의 공정 가스는 공정 챔버 내측으로 공급되기 이전에 반응이 일어나는 것을 방지하도록, 가스 공급유닛은 각각의 공정가스에 따라 독립된 유로를 구비한다.

그런데, 종래의 경우 각각의 공정가스가 별개의 유로를 따라 공정공간으로 공급되는 바, 웨이퍼 상으로 균일하게 공정가스를 공급하는 것이 곤란하였다. 따라서, 웨이퍼 상에 박막이 불균일하게 증착되는 문제가 발생하였다.

한국특허공개공보 2010-00107351

본 발명은 전술한 문제점을 극복할 수 있도록, 서로 다른 공정가스가 공급되는 각각의 분사구를 균일한 패턴으로 형성하여, 각각의 공정가스를 균일하게 공급할 수 있는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조방법을 제공하기 위함이다.

나아가, 본 발명은 가스공급유닛 제조 단계에서 가스 공급유닛 내측에 잔류하는 이물질을 제거하여, 박막 형성 중 이물질이 웨이퍼 상으로 낙하하는 현상을 방지하기 위한 화학기상증착장치의 가스공급유닛 및 이의 제조방법을 제공하기 위함이다.

전술한 본 발명의 목적은, 냉각 챔버를 형성하는 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 배치하는 단계, 상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 관통하도록 다수개의 제1 튜브 및 제2 튜브를 설치하는 단계, 상기 제2 플레이트 상측에 제3 플레이트를 배치하여 가스챔버를 형성하되, 상기 제2 튜브의 상단이 상기 제3 플레이트를 관통하도록 상기 제3 플레이트를 배치하는 단계, 절삭 또는 연마 공정을 통해 상기 제1 플레이트의 저면을 평탄화하는 단계, 상기 절삭 또는 연마 공정시 상기 가스 챔버에 잔류하는 이물질을 상기 제3 플레이트의 일면에 구비된 이물질 배출홀을 통해 제거하는 단계 그리고, 상기 다수개의 제2 튜브 중 일부가 관통하는 관통홀이 형성된 차폐 부재를 이용하여 상기 이물질 배출홀을 차폐하는 단계;를 포함하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조방법에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 이물질 배출홀을 차폐하는 단계는 상기 이물질 배출홀을 덮더록 상기 차폐 부재를 배치한 후 상기 이물질 배출홀과 상기 차폐 부재 사이를 브레이징 처리하는 방식으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 차폐 부재와 상기 차폐 부재를 관통하는 상기 제2 튜브를 브레이징 처리하는 단계를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

또는, 상기 이물질 배출홀을 차폐하는 단계는 상기 이물질 배출홀의 내주연을 따라 형성된 단차부에 상기 차폐 부재를 안착시켜 볼트 체결하는 방식으로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 차폐부재와 상기 차폐부재를 관통하는 상기 제2 튜브 사이의 공간은 오링(O-ring)에 의해 차폐될 수 있다.

한편, 전술한 본 발명의 목적은, 냉각 챔버, 상기 냉각 챔버의 상측에 구비되는 가스 챔버, 양단이 상기 가스 챔버의 저면과 상기 냉각 챔버의 저면에 각각 설치되는 다수개의 제1 튜브 및 양단이 상기 가스 챔버의 상면과 상기 냉각 챔버의 저면에 각각 설치되는 다수개의 제2 튜브를 포함하고, 상기 가스 챔버의 일면에는 제작시 상기 가스 챔버 내부에 잔류하는 이물질을 배출할 수 있는 이물질 배출홀 및 상기 다수개의 제2 튜브 중 일부가 관통하며 상기 이물질 배출홀을 차폐하는 차폐 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛에 의해서도 달성될 수 있다.

이때, 상기 이물질 배출홀과 상기 차폐 부재의 사이 및 상기 차폐 부재와 상기 차폐 부재를 관통하는 상기 제2 튜브의 사이는 브레이징 처리되도록 구성될 수 있다.

또는, 상기 차폐 부재는 상기 이물질 배출홀의 내주연을 따라 형성된 단차부에 안착된 상태에서 볼트 체결되고, 상기 차폐 부재와 상기 차폐 부재를 관통하는 상기 제2 튜브 사이에는 오링(O-ring)이 구비되도록 구성되는 것도 가능하다.

본 발명에 의할 경우, 각각의 공정 가스를 공정 공간으로 균일하게 공급할 수 있어, 웨이퍼 증착 품질을 개선시킬 수 있다.

또한, 가스공급유닛 제작시 가스 챔버 내측으로 유입되는 이물질을 제거하여, 성장 공정 중 이물질이 웨이퍼 상으로 낙하하여 웨이퍼의 불량이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착장치의 단면을 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 가스공급유닛의 단면을 도시한 단면도,
도 3은 도 2의 화학기상증착장치의 가스공급유닛을 제조하는 순서를 도시한 순서도이고,
도 4 내지 도 8은 도 3의 각 단계에서 진행되는 공정 내용을 개략적으로 도시한 단면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장치의 가스공급유닛에 대해 구체적으로 설명한다.

본 실시예에서는 유기 금속 화합물 증착 방식을 이용하여 격자 구조를 갖는 박막을 성장시키는 유기금속화학기상증착장치(Metal Organic Chemical Vapor deposition Apparatus, 이하 MOCVD)를 예를 들어 설명하도록 한다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이 이외에도 복수개의 공정가스를 반응시켜 증착공정을 수행하는 각종 화학기상증착장치에 적용될 수 있음을 앞서 밝혀 둔다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착장치의 단면을 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 화학기상증착장치(1)는 공정 챔버(10), 서셉터(20), 그리고 서셉터(20) 상으로 제1, 제2 공정가스(G1, G2)를 공급하는 가스공급유닛(100)을 포함하여 구성된다.

공정 챔버(10)는 화학기상증착장치(1)의 몸체를 형성한다. 내측에는 웨이퍼(미도시)가 투입되어 박막 증착 공정이 진행되는 공정 공간이 형성된다. 공정 챔버(10)는 능동적으로 제어되는 가스 유로를 제외하고는 외부와 기밀된 상태를 유지한다. 그리고, 공정 내용에 따라 공정 공간의 분위기를 효과적으로 제어할 수 있도록, 공정 챔버(10)는 단열성이 우수한 재질로 구성된다.

한편, 서셉터(20)는 공정 챔버(10) 내측의 공정 공간에 설치된다. 서셉터(20)의 상면은 웨이퍼가 안착될 수 있는 복수개의 안착부(미도시)가 형성된다. 구체적으로, 안착부는 웨이퍼와 대응되는 형상으로 이루어지며, 서셉터(20)의 상면으로부터 하향으로 단차된 구조를 갖는다.

서셉터(20) 하측에는 서셉터(20)를 지지하는 서셉터 지지부(30)가 구비될 수 있다. 서셉터 지지부(30)는 공정 챔버(10)의 하측에 구비되는 구동축(40)과 연결될 수 있다. 그리고, 구동축(40)은 모터(motor, 미도시)와 연결된다. 따라서, 모터 회전시 모터의 회전력에 의해 서셉터 지지부(30) 및 서셉터(20)가 회전할 수 있다. 나아가, 구동축(40)은 수직 방향으로 신축 가능한 엑추에이터 등의 신축 부재를 포함하여, 서셉터 지지부(30) 및 서셉터(20)를 승강하도록 구성할 수 있다.

본 실시예에서는 서셉터(20)가 회전 및 승강이 가능하게 설치되는 구성을 일 예로 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 서셉터(20)를 공정 챔버(10) 내측에서 고정된 상태를 유지하도록 구성하는 것도 가능하다.

한편, 서셉터(20)의 하측에는 서셉터(20)의 상면을 가열하기 위한 히터(50)가 구비된다. 히터(50)는 RF 히터 또는 텅스텐 히터 등 다양한 히터를 이용할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 히터(50)는 서셉터 지지부(30) 내측에 구비되어 서셉터(20) 상면의 온도를 균일하게 제어할 수 있다. 따라서, 박막 증착 공정시 히터(50)를 제어하여 서셉터(20) 상면에 안착된 웨이퍼를 고온으로 가열할 수 있다.

한편, 가스공급유닛(100)은 외부의 가스공급원(미도시)과 연결되어 공정 공간으로 복수개의 공정가스를 공급한다. 그리고, 가스공급유닛(100)에 의해 공급되는 각각의 공정가스는 서셉터(20)의 상측에서 반응하여 웨이퍼 상에 박막을 형성한다.

본 실시예에 따른 가스공급유닛(100)은 제1 공정 가스(G1) 및 제2 공정 가스(G2)를 공급한다. 이때, 제1 공정가스(G1)는 5족 화합물을 포함하고, 제2 공정가스(G2)는 3족 유기금속 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에서는 제1 공정가스(G1)로는 암모니아(NH3) 소스를 포함하는 공정 가스를 이용하고, 제2 공정가스(G2)로는 트리메틸갈륨(TMGa)을 포함하는 공정가스를 이용한다. 다만, 이는 일 실시예로서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 공정 설계에 따라 다양한 종류의 가스를 이용할 수 있다. 나아가, 가스공급유닛(100)은 제1, 제2 공정가스(G1, G2) 이외에 불활성 가스를 공급하는 별도의 가스 공급라인을 구비하는 것도 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스공급유닛(100)은 서셉터의 상측에 설치된다. 그리고, 서셉터(20)의 상측으로 제1, 제2 공정가스(G1, G2)를 분사한다. 분사된 제1 공정가스(G1) 및 제2 공정가스(G2)는 공정 공간의 고온 환경에서 열분해가 이루어지면서 반응하여 웨이퍼 상에 박막을 형성한다.

이때, 가스공급유닛(100)은 제1 공정가스(G1)가 공급되는 유로 및 제2 공정가스(G2)가 공급되는 유로를 별도로 구비한다. 제1 공정가스(G1) 및 제2 공정가스(G2)는 각각의 유로를 따라 서로 격리된 상태로 가스공급유닛(100)을 통과한 후, 공정 공간으로 공급된다. 따라서, 제1 공정가스(G1) 및 제2 공정가스(G2)가 공정 공간으로 분사되기 이전에 화학 반응이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

도 2는 도 1의 가스공급유닛의 단면을 도시한 단면도이다. 이하에서는 도 2를 참고하여, 화학기상증착장치(1)의 가스공급유닛(100)을 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 가스공급유닛(100)은 제1 가스 챔버(101) 및 제2 가스 챔버(102)를 포함한다. 제1 가스 챔버(101) 및 제2 가스 챔버(102)는 각각 외부의 가스 공급원(미도시)과 연결 설치된다. 따라서, 제1 가스 챔버(101)는 제1 공정가스(G1)를 수용하고, 제2 가스 챔버(102)는 제2 공정가스(G2)를 수용한다.

여기서, 제1 가스 챔버(101) 및 제2 가스 챔버(102)는 수직 방향으로 적층된 형태로 구비된다. 그리고, 제1 가스 챔버(101) 및 제2 가스 챔버(102)의 하측에는 냉각 챔버(103)가 형성된다. 냉각 챔버(103) 내측에는 냉각수 또는 냉각 기체 등의 냉각 유체(cooling fluid)가 수용된다. 이러한 냉각 챔버(103)에 의해 증착 공정시 공정 공간의 고온의 환경으로부터 상측으로 열이 전달되는 것을 차단할 수 있다.

한편, 냉각 챔버(103)의 하측에는 다수개의 제1 분사구(111a) 및 다수개의 제2 분사구(111b)가 형성된 분사면(110)이 구비된다. 다수개의 제1 분사구(111a)는 각각 제1 가스 챔버(101)와 연통 가능하게 형성되며, 다수개의 제2 분사구(111b)는 각각 제2 가스 챔버(102)와 연통 가능하게 형성된다. 따라서, 제1 공정가스(G1)는 제1 가스 챔버(101)로부터 제1 분사구(111a)를 통해 공정 공간으로 공급되고, 제2 공정가스(G2)는 제2 가스 챔버(102)로부터 제2 분사구(111b)를 통해 공정 공간으로 공급된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 가스 챔버(101) 및 제2 가스 챔버(102)는 저면으로부터 하측으로 연장 형성되는 다수개의 튜브(150, 160)에 의해 각각 제1 분사구(111a) 및 제2 분사구(111b)와 연결된다. 여기서, 제1 튜브(150)는 제1 가스 챔버(101)로부터 냉각 챔버(103)를 관통하여 분사면(110)까지 연장되어 제1 공정가스(G1)가 공급되는 유로를 형성한다. 그리고, 제2 튜브(160)는 제2 가스 챔버(102)로부터 제1 가스 챔버(101) 및 냉각 챔버(103)를 관통하여 분사면(110)까지 연장되어, 제2 공정가스(G2)가 공급되는 유로를 형성한다.

여기서, 다수개의 제1 분사구(111a) 및 다수개의 제2 분사구(111b)는 분사면(110)에 각각 균일하게 분포될 수 있다. 따라서, 서셉터(20) 상면으로 제1 공정가스(G1) 및 제2 공정가스(G2)를 균일하게 공급한다.

이러한, 가스공급유닛(100)의 냉각 챔버(103), 제1 가스 챔버(101) 및 제2 가스 챔버(102)는 프레임(170) 및 프레임(170)에 설치되는 다수개의 플레이트(110, 120, 130)에 의해 각각 구획될 수 있다.

구체적으로, 제1 플레이트(110)는 가스공급유닛(100)의 저면에 배치되며, 공정 공간으로 노출되어 공정 가스가 분사되는 분사면을 형성한다.

제2 플레이트(120)는 제1 플레이트(110)의 상측으로 소정 간격 이격되어 배치된다. 여기서, 제1 플레이트(110)는 냉각 챔버(103)의 저면을 형성하고, 제2 플레이트(120)는 냉각 챔버(103)의 상면을 구성할 수 있다.

제3 플레이트(130)는 제2 플레이트(120)의 상측으로 소정 간격 이격되어 배치된다. 여기서, 제2 플레이트(120)는 제1 가스 챔버(101)의 저면을 형성하고, 제3 플레이트(130)는 제1 가스 챔버(101)의 상면을 구성할 수 있다.

제3 플레이트(130)의 상측에는 탑 커버(140)가 설치된다. 그리고, 제3 플레이트(130)와 탑 커버(140) 사이에 구비되는 공간이 제2 가스 챔버(102)를 형성한다. 본 실시예에서는 탑 커버를 이용하여 제2 가스 챔버의 상부 구조를 형성하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 프레임에 설치되는 별도의 프레임을 이용하는 등 다양하게 구성할 수 있다.

이때, 각각의 플레이트는 프레임(170)의 내측에 안착 설치될 수 있다. 그리고, 프레임(170)은 제1 공정 챔버(10) 및 냉각 챔버(103)의 측벽을 형성한다. 여기서, 프레임(170)의 내측으로 플레이트가 안착되는 부분은 별도의 실링 부재(미도시)를 이용하여 기밀을 유지할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 각각의 가스 챔버(101, 102)는 다수개의 튜브(150, 160)에 의해 각각의 공정가스가 공정 공간으로 공급되는 유로를 형성한다. 이때, 각각의 튜브는 적어도 하나 이상의 플레이트를 관통하여 설치된다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수개의 제1 튜브(150)는 제2 플레이트(120)를 관통하여 설치된다. 이때, 제1 튜브(150)의 상단 개구부는 제1 가스 챔버(101)와 연통하고, 하단 개구부는 제1 플레이트(110)에 형성되는 제1 분사구(111a)까지 연결된다. 따라서, 제1 가스 챔버(101)에 수용되는 제1 공정가스(G1)는 다수개의 제1 튜브(150)를 통해 공정 공간으로 공급될 수 있다.

그리고, 다수개의 제2 튜브(160)는 제2 플레이트(120) 및 제3 플레이트(130)를 관통하도록 설치된다. 이때, 제2 튜브(160)의 상단 개구부는 제2 가스 챔버(102)와 연통하고, 하단 개구부는 제1 플레이트(110)에 형성되는 제1 분사구(111a)까지 연결된다. 따라서, 제2 가스 챔버(102)에 수용되는 제2 공정가스(G2)는 다수개의 제2 튜브(160)를 통해 공정 공간으로 공급된다.

이와 같이, 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)가 각각의 플레이트를 관통하여 설치될 수 있도록, 각각의 플레이트는 다수개의 관통홀을 구비한다.

우선, 제1 플레이트(110)는 제1 분사구(111a) 및 제2 분사구(111b)에 해당하는 다수개의 제1 관통홀(111)을 구비한다. 제2 플레이트(120)는 다수개의 제1 튜브(150) 및 다수개의 제2 튜브(160)가 관통하도록 설치되므로, 제1 분사구(111a)와 제2 분사구(111b)와 대응되는 패턴으로 다수개의 제2 관통홀(121)이 형성된다. 제3 플레이트(130)는 다수개의 제2 튜브(160)가 관통하도록 설치되므로, 제2 분사구(111b)와 대응되는 패턴으로 다수개의 제3 관통홀(131)이 형성된다.

이러한 구조로 구성되는 가스공급유닛(100)은, 다수개의 제1 튜브(150) 및 다수개의 제2 튜브(160)가 각각의 플레이트를 관통하도록 배치된 상태에서 브레이징 처리된다. 이로 인해, 냉각 챔버(103), 제1 가스 챔버(101) 및 제2 가스 챔버(102)는 기밀 구조를 형성할 수 있어, 냉각 유체 또는 공정 가스가 외부로 누수되는 현상을 방지할 수 있다.

이때, 가스공급유닛(100)은 적어도 3 개의 플레이트가 적층된 형태로 설치되므로, 2회 이상의 브레이징 공정이 필요하다.

예를 들어, 다수개의 제1 튜브(150) 및 다수개의 제2 튜브(160)가 제1 플레이트(110)와 제2 플레이트(120)를 관통하도록 설치한 후, 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)가 관통하는 제1 관통홀(111) 및 제2 관통홀(121)의 위치로 용가재를 주입하여 1차 브레이징을 진행한다.

그리고, 제2 플레이트(120) 상측으로 제3 플레이트(130)를 배치하여, 다수개의 제2 튜브(160)의 상단부가 제3 플레이트(130)의 제3 관통홀(131)을 관통하도록 설치한다. 그리고, 제3 관통홀(131)의 위치로 용가재를 주입하여 2차 브레이징을 진행한다.

이러한 브레이징 공정이 종료되면, 제1 플레이트(110)의 저면으로 돌출되는 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)의 하단부를 절삭하는 공정을 진행한다. 그리고, 브레이징 공정시 제1 플레이트(110)에 열변형이 발생하여 하면이 처진 경우, 제1 플레이트의 하면을 평탄화 시키는 연마 공정을 진행한다.

그런데, 이러한 절삭 공정 또는 연마 공정 중 제1 튜브(150)를 통해 금속칩 등의 이물질이 제1 가스 챔버(101)로 유입된다. 이 경우, 브레이징 공정을 완료한 상태이기 때문에 제1 가스 챔버(101)에 유입되는 이물질을 제거하는 것이 용이하지 않으며, 이러한 이물질이 제1 가스 챔버(101)에 잔류하게 되면 증착 공정 중 이물질 웨이퍼 상에 낙하하여 웨이퍼 불량을 야기할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 제1 가스 챔버(101)의 일측 벽면에 이물질을 배출시키기 위한 이물질 배출홀(132)을 구비한다. 이물질 배출홀(132)은 이물질을 배출할 수 있는 개구부로 구성되며, 이물질 배출홀(132)을 통해 제1 가스 챔버(101)에 잔류하는 이물질을 용이하게 제거할 수 있다.

이때, 이물질 배출홀(132)은 제1 가스 챔버(101)의 벽면에 다양한 위치에 형성될 수 있으며, 제1 가스 챔버의 내부 공간이 외부와 연통하는 공간을 형성한다. 본 실시예에서는 제작의 용이성을 고려하여 제3 플레이트(130)에 이물질 배출홀(132)이 형성되며, 이러한 이물질 배출홀(132)은 단수개 또는 다수개로 형성될 수 있다.

이러한 이물질 배출홀(132)은 제1 가스 챔버(101)의 이물질을 제거한 후, 별도의 차폐 부재(133)에 의해 차폐된다. 차폐 부재(133)는 내열성 및 내화학성이 우수한 재질로 구성되며, 본 실시예에서는 차폐 부재(133)를 제3 플레이트(130)의 재질과 동일한 재질을 이용하여 형성할 수 있다.

여기서, 다수개의 제2 튜브(160)는 전술한 바와 같이 제3 플레이트(130) 설치시 제3 플레이트(130)의 상측으로 연장 형성되므로, 다수개의 제2 튜브(160) 중 일부는 이물질 배출홀(132)을 관통하여 상측으로 연장된다. 그리고, 차폐 부재(133)는 적어도 하나 이상의 제4 관통홀(133a)을 구비하며, 제4 관통홀(133a)은 이물질 배출홀(132)에 배치된 제2 튜브(160)와 대응되는 위치에 형성된다. 따라서, 차폐 부재(133)는 제4 관통홀(133a)을 통해 제2 튜브(160)가 관통하도록 설치되어 이물질 배출홀(132)을 차폐한다. 이러한 차폐 부재(133)의 구조로 인해, 제2 튜브(160)의 배치를 고려하지 않고 이물질 배출홀(132)의 형성위치를 자유롭게 설계할 수 있다.

구체적으로, 이물질 배출홀(132)은 내주연을 따라 단차부(132a)가 형성되고, 차폐 부재(133)는 단차부(132a)에 안착된다. 이때, 차폐 부재(133)는 단차부에 안착된 상태에서 브레이징 처리되어 영구적으로 고정 설치될 수 있다. 또는, 차폐 부재가 제3 플레이트에 볼트 등의 체결 부재를 이용하여 체결되어, 이물질 배출홀을 선택적으로 개폐할 수 있도록 구성될 수 있다.

나아가, 차폐 부재(133)의 제4 관통홀(133a)과 제2 튜브(160) 사이의 공간은 브레이징 처리를 통해 밀폐 구조를 형성할 수 있다. 또는, 도면에는 도시되지 않았으나 오링(o-ring)을 이용하여 차폐 부재와 제2 튜브 사이의 공간을 밀폐하는 것도 가능하다.

이와 같이, 차폐 부재는 다양한 방식으로 이물질 배출홀을 차폐하도록 설치됨으로써, 제1 가스 챔버(101)를 밀폐시킬 수 있다.

이처럼, 본 발명에 의한 가스공급유닛(100)은 브레이징 공정 후 제1 가스 챔버(101) 내측으로 유입되는 이물질을 이물질 배출홀을 통해 배출시킴으로써, 박막 증착 공정시 공정 가스와 함께 이물질이 웨이퍼 상으로 낙하하는 현상을 방지할 수 있다.

다만, 본 실시예에서는 다수개의 플레이트가 프레임 내측에 설치되는 형태의 가스공급유닛을 설명하였다. 그러나 이는 일 예에 불과하며 본 발명이 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다. 별도의 프레임 없이 각각의 플레이트의 둘레를 따라 수직 방향으로 형성되는 원형 플랜지가 구비되어 각각의 플레이트가 직접 적층될 수 있는 구조로 구성하는 것도 가능하며, 이 이외에도 가스공급유닛의 구조를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.

이하에서는 전술한 실시예에 따른 가스공급유닛의 제조 방법에 대해, 도 3 내지 도 8을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 3은 도 2의 화학기상증착장치의 가스공급유닛을 제조하는 순서를 도시한 순서도이고, 도 4 내지 도 8은 도 3의 각 단계에서 진행되는 공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.

우선, 제1 플레이트(110), 제2 플레이트(120), 제3 플레이트(130)를 가공한다(S10). 구체적으로, 제1 플레이트(110)에는 제1 관통홀(111)을 형성하고, 제2 플레이트(120)에는 제2 관통홀(121)을 형성하며, 제3 플레이트(130)에는 제3 관통홀(131) 및 이물질 배출홀(132)을 형성한다. 이때, 이물질 배출홀(132)은 제3 관통홀(131)보다 큰 면적의 개구부를 형성하며, 바람직하게는 1mmㅂ 이상의 면적을 갖는 개구부로 구성된다.

제1 내지 제3 플레이트의 가공이 이루어지면, 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)를 제1 플레이트(110) 및 제2 플레이트(120)에 설치한 후 1차 브레이징 공정을 진행한다(S20, 도 4 참조).

우선, 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)는 제1 플레이트(110)의 제1 관통홀(111) 및 제2 플레이트(120)의 제2 관통홀(121)을 동시에 통과하도록 배치된다. 그리고, 피스톤 등의 주입기를 이용하여 제1 관통홀(111) 및 제2 관통홀(121)에 용가재를 주입한다.

이때, 용가재는 공정 공간에 노출더라도 용융되거나 부식이 이루어지지 않도록, 내열성 및 내화학성이 우수한 재질을 이용한다. 일 예로서, 본 실시예에서는 1100℃ 이상의 용융점을 갖는 니켈 합금을 이용하여 1차 브레이징을 진행할 수 있다.

용가재를 주입한 후, 이를 가열로에 반입하여 1200℃ 내외의 고온으로 가열한다. 따라서, 고온의 환경에서 용가재가 용융되면서 관통홀과 튜브 사이의 공간이 충전되면서 밀폐 구조를 형성한다. 이후, 낮은 온도의 환경으로 노출시켜 용가재를 경화시킴으로써, 냉각 챔버(103)가 형성된다.

1차 브레이징이 종료되면, 제3 플레이트(130)를 제2 플레이트(120)의 상측에 설치한다(S30). 이때, 제3 플레이트(130)의 제3 관통홀(131)에 제2 튜브(160)의 상단이 삽입된다. 따라서, 얼라인 머신(align machine)을 이용하여 제3 관통홀(131)과 제2 튜브(170)의 상단의 위치가 일치하도록 제3 플레이트(130)를 정렬시킨 후 설치할 수 있다.

이후, 제3 플레이트(130)와 제2 튜브(160) 사이에 2차 브레이징을 진행한다(S40, 도 5 참조). 이때, 1차 브레이징과 마찬가지로 제2 튜브(160)와 제3 관통홀(131) 사이에 피스톤을 이용하여 용가재를 주입한다. 그리고, 가열로로 이동하여 용가재를 용융시킨다. 이때, 용융된 용가재가 제2 튜브(160)와 제3 관통홀(131) 사이의 공간을 충전하여 기밀 구조를 형성한다. 그리고, 이를 냉각하여 용가재를 경화시켜, 제1 가스 챔버(101)를 형성한다.

이때, 2차 브레이징 공정시 사용되는 용가재는 1차 브레이징 공정에 사용되는 용가재보다 낮은 온도의 용융점을 갖는 재질을 이용한다. 일 예로서, 본 실시예에서는 2차 브레이징 공정시 알루미늄 합금으로 이루어진 용가재를 이용한다.

이 경우, 가열로를 600∼700℃의 온도로 유지한 상태에서 알루미늄 합금 용가재를 용융시키는 것이 가능하다. 따라서, 1차 브레이징 공정에 의해 경화된 니켈 합금 용가재가 재차 용융되는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 2차 브레이징이 공정이 종료되면, 제1 플레이트의 저면을 평탄하게 가공한다(S50, 도 6 참조). 구체적으로, 제1 플레이트(110)의 저면으로 돌출되는 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)의 하단을 절삭한다. 그리고, 제1 플레이트(110)의 저면이 브레이징 공정 중 열변형되어 하향으로 처진 부분을 연마한다. 따라서, 가스공급유닛(100)이 평탄한 분사면을 구비하도록 가공한다.

다만, 이러한 절삭 및 연마 가공 중에는 금속칩 등의 이물질들이 발생하여 제1 튜브(150) 및 제2 튜브(160)로 유입될 수 있다. 따라서, 절삭 및 연마 가공 종료후, 이를 세정하는 공정을 진행한다(S60). 특히, 제1 튜브(150)를 통해 제1 가스 챔버(101)로 유입된 이물질들은 제3 플레이트(130)에 형성된 이물질 배출홀(132)을 통해 제거할 수 있다. 이때, 이물질 배출홀(132)을 하측으로 향하도록 프레임을 회전시킨 상태에서 이물질의 자중을 이용하여 제1 가스 챔버(101) 내측의 이물질을 외부로 배출시키는 것도 가능하고, 이 이외에도 일부의 이물질 배출홀을 통해 제1 가스 챔버 내측으로 수류를 제공하고 나머지 이물질 배출홀을 통해 수류를 배수함으로써, 제1 가스 챔버 내측의 이물질을 제거하는 것도 가능하다.

이후, 차폐 부재(133)를 이용하여 이물질 배출홀(132)을 차폐시킨다(S70, 도 7 참조). 이때, 이물질 배출홀(132)을 통해 상측으로 연장되는 제2 튜브(160)는 차폐 부재(133)의 제4 관통홀(133a)을 관통하도록 설치된다. 차폐 부재(133)가 설치된 상태에서 이물질 배출홀(132)과 차폐 부재(133) 사이의 공간 및 차폐 부재(133)와 제2 튜브(160) 사이의 공간은 브레이징 처리되어 밀폐 구조를 형성한다. 다만, 이는 일 예에 불과하며 차폐 부재(133)를 다양한 방식으로 설치함으로써 이물질 배출홀(132)을 차폐시킬 수 있다.

그리고, 제3 플레이트(130)의 상측으로 탑 커버(140)를 설치하여 제2 가스챔버를 형성하고, 이로써 본 실시예에 따른 가스공급유닛이 완성된다(S80, 도 8 참조).

이와 같이, 본 발명에 의할 경우 분사면을 통해 제1 공정가스 및 제2 공정가스를 균일하게 공급할 수 있는 가스공급유닛 및 이의 제조방법을 제공한다. 그리고, 가스공급유닛 제작시 가스 챔버에 내측으로 유입되는 이물질을 제거함으로써, 웨이퍼 증착 공정시 발생하는 불량을 최소화시킬 수 있다.

본 실시예에서는 제1, 제2, 제3 플레이트 및 탑커버의 적층 구조로 구성되는 가스공급유닛을 일 예로 설명하였다.

10 : 공정 챔버 20 : 서셉터
100 : 가스공급유닛 101 : 제1 가스챔버
102 : 제2 가스챔버 103 : 냉각챔버
132 : 이물질 배출홀 133 : 차폐 부재
133a : 제4 관통홀

Claims

냉각 챔버를 형성하는 제1 플레이트 및 상기 제1 플레이트의 상측에 이격되어 배치되는 제2 플레이트를 배치하는 단계;
상기 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 관통하도록 복수개의 제1 튜브 및 제2 튜브를 설치하는 단계;
상기 제2 플레이트 상측에 제3 플레이트를 배치하여 가스챔버를 형성하되, 상기 제2 튜브의 상단이 상기 제3 플레이트를 관통하도록 상기 제3 플레이트를 배치하는 단계;
절삭 또는 연마 공정을 통해 상기 제1 플레이트의 저면을 평탄화하는 단계;
상기 절삭 또는 연마 공정시 상기 가스 챔버에 잔류하는 이물질을 상기 제3 플레이트의 일면에 구비된 이물질 배출홀을 통해 제거하는 단계; 그리고,
상기 복수개의 제2 튜브 중 일부가 관통하는 관통홀이 형성된 차폐 부재를 이용하여 상기 이물질 배출홀을 차폐하는 단계;를 포함하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 튜브는 상기 이물질 배출홀이 차폐된 상태에서 상기 차폐 부재의 상측으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 이물질 배출홀을 차폐하는 단계는 상기 이물질 배출홀을 덮더록 상기 차폐 부재를 배치한 후 상기 이물질 배출홀과 상기 차폐 부재 사이를 브레이징 처리하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 차폐 부재와 상기 차폐 부재를 관통하는 상기 제2 튜브를 브레이징 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 이물질 배출홀을 차폐하는 단계는 상기 이물질 배출홀의 내주연을 따라 형성된 단차부에 상기 차폐 부재를 안착시켜 볼트 체결하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 차폐부재와 상기 차폐부재를 관통하는 상기 제2 튜브 사이의 공간은 오링(O-ring)에 의해 차폐되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 이물질을 제거하는 단계는 상기 이물질 배출홀을 통해 상기 가스 챔버 내측으로 수류를 제공하여 상기 가스 챔버에 잔류하는 상기 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛 제조방법.
냉각 챔버;
상기 냉각 챔버의 상측에 구비되는 가스 챔버;
양단이 상기 가스 챔버의 저면과 상기 냉각 챔버의 저면에 각각 설치되는 복수개의 제1 튜브; 및
양단이 상기 가스 챔버의 상면과 상기 냉각 챔버의 저면에 각각 설치되는 복수개의 제2 튜브를 포함하고,
상기 가스 챔버의 일면에는 제작시 상기 가스 챔버 내부에 잔류하는 이물질을 배출할 수 있는 이물질 배출홀 및 상기 복수개의 제2 튜브 중 일부가 관통하며 상기 이물질 배출홀을 차폐하는 차폐 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛.
제8항에 있어서,
상기 이물질 배출홀 및 상기 차폐부재는 상기 가스 챔버의 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛.
제8항에 있어서,
상기 이물질 배출홀과 상기 차폐 부재의 사이 및 상기 차폐 부재와 상기 차폐 부재를 관통하는 상기 제2 튜브의 사이는 브레이징 처리되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛.
제8항에 있어서,
상기 차폐 부재는 상기 이물질 배출홀의 내주연을 따라 형성된 단차부에 안착된 상태에서 볼트 체결되고, 상기 차폐 부재와 상기 차폐 부재를 관통하는 상기 제2 튜브 사이에는 오링(O-ring)이 구비되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치의 가스공급유닛.